Относительность бывает разная

Сначала поговорим об относительности, как таковой.

На первый взгляд кажется, что это очень простое понятие, но как показывает практика, не все его понимают правильно.

Ребенок - к бабушке, деревья - от бабушки

Это понятие многие встречают в детстве и тогда формируют законченное представление о том, что за ним стоит. Может быть, именно поэтому иногда получается так, что люди неправильно понимают его, так как взрослеют и не хотят возвращаться к пересмотру давно решенного.

Впрочем, это не суть.

Итак, ребенок на лето едет в деревню к бабушке, и, глядя в окно, видит, что деревья движутся назад. То есть "от бабушки", в город, где ребенок живет. Получается, что когда он у бабушки, то все деревья собираются в городе, а когда он возвращается, то деревья убегают оттуда. Этим объясняется, почему в городе так мало деревьев :-)

В чем тут ошибка?

На самом деле, конечно, все относительно. Если смотреть с точки зрения земли, то это ребенок, на поезде или машине, движется из города в деревню. А если смотреть с точки зрения ребенка, то это земля под ним перемещается, подставляя под ребенка деревню, а не город. Представили?

Вроде бы все очевидно. Однако, даже взрослые люди склонны не замечать одну важную вещь: чтобы говорить о движении обязательно надо указать, относительно чего оно рассматривается. Нельзя смешивать точки зрения или незаметно перескакивать с одной на другую. То есть, нельзя рассуждать как тот ребенок, думая, что одновременно и он едет к бабушке и деревья едут от бабушки. То неправильно думать, что это два незвависимых факта о мире, которые оба имеют место, а надо понимать, что это один факт, рассмотренный с разных точек зрения.

Это первое: точка зрения обязательна. Даже если она явно не упоминается, то все равно подразумевается и забвение этого может приводить к ошибкам.

Вместо словосочетания "точка зрения" можно говорить еще "колокольня". В физике принят термин "система отсчета" или "начало отсчета", то есть тело, относительно которого осчитывается движение. В нашем примере это или ребенок или земля.

"Относительно" - не значит "иллюзорно"

Второе - некоторые думают, что раз что-то относительно, то оно как бы условно и его не существует.

Пример.

Представьте себя зависшим в реактивном кресле в глубоком космосе в пустоте между галактиками. Вокруг, на расстоянии миллиардов световых лет нет ни одной звезды, то есть, вы не видите звездного неба, как на земле. Небо черное и на нем изредка встречаются бледные туманные пятнышки - галактики.

Вы включаете двигатели кресла, перемещаетесь на километр в пространстве и останавливаетесь. И все.

Так что произошло? Переместились вы или нет? Галактики слишком далеко и вы не можете с их помощью определить, насколько вы сместились. В окружающей вас пустоте нет никаких предметов, по которым можно было бы ориентироваться. Вот и вопрос: переместились вы или нет? То есть, находитесь ли вы теперь в другой точке пространства, хотя и не можете этого обнаружить? Или, раз обнаружить этого нельзя, то и разными точки пространства считать нельзя?

Конечно же точки надо считать разными. Иначе бы вы не приблизились бы к вон той галактике, хоть и неимоверно мало. То есть, перемещение все-таки имеет реальный эффект, выход, результат, то есть, оно реально, существует.

Это второе: относительность не перечеркивает реальность.

То есть, соединяя с первым наблюдением, мы видим, что иногда нельзя без точки зрения, но если невозможно увидеть нечто не выбрав точку зрения, то это не означает, что это нечто нереально.

Иными словами, есть вещи, на которые нельзя посмотреть иначе как со своей колокольни. При этом, в зависимости от колокольни, вещи будут выглядеть по-разному. И при этом будут оставаться реальными.

Можно сказать, что реальность этих вещей находится как ЗА нашим восприятием.

Место, время и движение

Теперь скажу, какие из этих вещей будут интересовать нас.

Первое, что относится к таким вещям - это местоположение. Физики говорят "координаты" или "координата". Местоположение нельзя мыслить в отрыве от колокольни, но оно реально. Реально существует много местоположений.

Второе, это момент времени. Момент времени также может быть определен лишь относительно какой-нибудь колокольни, опорного события. Европейцы, к примеру, отсчитывают время от Рождества Христова. Несмотря на относительность времени, все его моменты реально существуют и их много.

Третье, это равномерное движение. То есть, равномерное изменение местоположения во времени.

Это уже не так просто. Если первые две относительности мы легко понимаем, когда пытаемся помыслить, чем же отличаются друг от друга точки пространства или моменты времени и осознаем, что лишь своим отношением к началу отсчета, то в этом случае это уже не так очевидно.

Простое воображение не говорит нам об относительности движения.

Да, мы понимаем, что регистрация движения, как последовательности местоположений относительна, так как относительны местоположения. Но тот факт что скорость сама по себе тоже никак не сказывается на происходящем, не очевиден.

В свое время, когда только изобрели паровоз, бытовало мнение, что при его скорости человек будет сходить с ума. Видимо, именно тогда возникло выражение "сумасшедшая скорость". Предполагалось, что она существует.

Но это не так. Если вагон или корабль закрыть со всех сторон и привести в равномерное движение, то никто внутри не заметит, что он движется, с какой бы скоросью это ни происходило. Внутри поезда или корабельной каюты можно легко играть в пинг-понг и наблюдать, что мячик ведет себя по точно тем же законам, что и на неподвижном корабле.

То есть, скорость тоже относительна.

Когда мы едем на машине со скоростью 100 километров в час и обгоняем другой автомобиль, который движется со скоростью 80 километров в час, то относительно нас он движется со скоростью 20 километров в час назад. И этот факт настолько же реален, насколько и величина в 80 км/ч, измеренная относительно земли.

С этим ясно.

Но остается вопрос: почему же так различаются эти две относительности? Почему первая очевидна, а второую надо доказывать примерами? Связано ли это с привычностью первого знания и сравнительной новизной второго?

Дело в том, что в первом случае можно вполне внятно назвать причину относительности - неразличимость, идентичность и равноправие точек пространства или моментов времени между собой. Потому что они равноправны, потому и положение тела в них относительно. Физики говорят, что время и пространство однородны.

Во втором же случае, назвать то, что равноправно и что приводит к относительности равномерного дивжения с наскока не получается. Однако, оно существует и в дальнейшем мы его назовем. Но уже сейчас стоит заметить, что эта неочевидность показывает нам путь познания: точки пространства мы видим своим воображением, а чего-то другого, что влечет относительность равномерного движения - не видим. То есть, увидеть его нам еще предстоит!

Наконец, четвертое - движение с ускорением. Движение с ускорением - это движение, когда автомобиль разгоняется, тормозит (отрицательное ускорение) или когда он поворачивает. То есть, движение с ускорением происходит тогда, когда нарушается равномерность: меняется либо величина скорости, либо ее направление.

Оказывается, движение с ускорением НЕ относительно. То есть, сидящие в автомобиле люди всегда могут узнать свое ускорение. Это становится возможным благодаря тому, что пассажиров прижимает к сиденьям сила инерции.

При повороте сила инерции тянет вбок и называется центробежной силой. При разгоне сила инерции тянет назад. При торможении сила инерции тянет вперед.

Если поезд с полностью закрытыми каютами резко затормозит, то пассажиры могут даже попадать с полок. Это говорит о том, что для констатации ускоренного движения начала отсчета не нужно, такое движение заметно само по себе.

Обращаясь к нашей интуиции, мы видим противоположный пример. Воображение напротив, подсказывает нам, что ускоренное движение должно быть относительным.

Когда кто-либо вращается на карусели, кажется нам, то это в равной степени можно рассматривать, как будто весь мир вращается вокруг неподвижной карусели.

Такое положение вещей также показывает нам путь познания: мы должны отвергнуть что-то, что кажется нам существующим. В дальнейшем мы сделаем и это.

***

Ну, кажется все. Сегодня мы рассмотрели относительность и какая она бывает, как соотносится кажущееся нам с имеющим место в действительности и, таким образом, наметили пути познания.